第六章結(jié)構(gòu)抗震分析

1、1第六章第六章 （一）結(jié)構(gòu)抗震分析（一）結(jié)構(gòu)抗震分析結(jié)構(gòu)抗震分析方法發(fā)展結(jié)構(gòu)抗震分析方法發(fā)展結(jié)構(gòu)抗震分析方法的理論基礎(chǔ)：結(jié)構(gòu)抗震分析方法的理論基礎(chǔ)：1.剛體體系地震反應(yīng)剛體體系地震反應(yīng)2.單自由度彈性體系自由振動(dòng)單自由度彈性體系自由振動(dòng)3.單自由度彈性體系強(qiáng)迫振動(dòng)單自由度彈性體系強(qiáng)迫振動(dòng)2結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展過(guò)程結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展過(guò)程l靜力理論階段靜力理論階段 l反應(yīng)譜理論階段反應(yīng)譜理論階段 l動(dòng)力理論階段動(dòng)力理論階段 l基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)理論 -Performance-based seismic design3靜力理論階段靜力理論階段 l1920，日本大森房吉提出日本大森

2、房吉提出 所謂靜力理論是指估計(jì)地震力時(shí)，不考慮地震的動(dòng)力所謂靜力理論是指估計(jì)地震力時(shí)，不考慮地震的動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結(jié)構(gòu)為剛性，特性和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性質(zhì)（變形和阻尼），假定結(jié)構(gòu)為剛性，其大小相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個(gè)比例常數(shù)（即與結(jié)構(gòu)特其大小相當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個(gè)比例常數(shù)（即與結(jié)構(gòu)特性無(wú)關(guān)的地震系數(shù)）的理論，結(jié)構(gòu)上任何一點(diǎn)的加速度都性無(wú)關(guān)的地震系數(shù)）的理論，結(jié)構(gòu)上任何一點(diǎn)的加速度都等于地震動(dòng)加速度。等于地震動(dòng)加速度。)(txg m)(txmg GkxgGxmFggmaxmax 將將F作為靜荷載，按靜力計(jì)算作為靜荷載，按靜力計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震效應(yīng)

3、盡管靜力法忽略了地震作用與結(jié)構(gòu)動(dòng)盡管靜力法忽略了地震作用與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性直接相關(guān)、結(jié)構(gòu)為非剛性等關(guān)鍵特性，力特性直接相關(guān)、結(jié)構(gòu)為非剛性等關(guān)鍵特性，造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生造成求出的地震作用失真，但靜力法的產(chǎn)生在抗震領(lǐng)域卻具有劃時(shí)代意義，它使結(jié)構(gòu)抗在抗震領(lǐng)域卻具有劃時(shí)代意義，它使結(jié)構(gòu)抗震理論從無(wú)到有。震理論從無(wú)到有。4 靜力理論靜力理論 （1）輸入的地震動(dòng)以歷史震害估計(jì)的地震動(dòng)）輸入的地震動(dòng)以歷史震害估計(jì)的地震動(dòng)最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量最大加速度為依據(jù)，采用假定沿高度分布的質(zhì)量和加速度，和加速度， （2）不需要建立結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型進(jìn)行動(dòng)力反應(yīng)分）不需要建立結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型進(jìn)

4、行動(dòng)力反應(yīng)分析；析； （3）其設(shè)計(jì)原則也只是采用靜力的允許應(yīng)力；）其設(shè)計(jì)原則也只是采用靜力的允許應(yīng)力； 因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過(guò)極大簡(jiǎn)因此該理論所用的方法是一種經(jīng)過(guò)極大簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)方法?；脑O(shè)計(jì)方法。5反應(yīng)譜理論階段反應(yīng)譜理論階段 1940年美國(guó)年美國(guó)Biot首先明確提出從實(shí)測(cè)記錄中計(jì)算反首先明確提出從實(shí)測(cè)記錄中計(jì)算反應(yīng)譜的概念，到應(yīng)譜的概念，到50年代初由美國(guó)年代初由美國(guó)(Housner)加以實(shí)加以實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)譜理論的建立是建筑在現(xiàn)。反應(yīng)譜理論的建立是建筑在強(qiáng)震觀測(cè)強(qiáng)震觀測(cè)和和計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上的。的基礎(chǔ)上的。 地震作用地震作用“擬靜力法擬靜力法”？目前，世界上普遍采用的

5、方法！目前，世界上普遍采用的方法！GFEK6反應(yīng)譜理論階段的主要進(jìn)展反應(yīng)譜理論階段的主要進(jìn)展與靜力法相比，其與靜力法相比，其主要進(jìn)展主要進(jìn)展是：是：(1) 改變了靜力法中關(guān)于剛體結(jié)構(gòu)的假設(shè)，更真實(shí)地模改變了靜力法中關(guān)于剛體結(jié)構(gòu)的假設(shè)，更真實(shí)地模擬了結(jié)構(gòu)振動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)間具有相對(duì)振動(dòng)加速度；擬了結(jié)構(gòu)振動(dòng)，各質(zhì)點(diǎn)間具有相對(duì)振動(dòng)加速度； (2) 指出地震作用與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性密切相關(guān)，即地震作用指出地震作用與結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性密切相關(guān)，即地震作用隨結(jié)構(gòu)自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個(gè)基本特隨結(jié)構(gòu)自振周期、振型和阻尼的改變而改變這個(gè)基本特點(diǎn)；點(diǎn)； (3) 根據(jù)多條強(qiáng)振實(shí)測(cè)記錄，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)給出了單自由根據(jù)多條強(qiáng)振

6、實(shí)測(cè)記錄，經(jīng)計(jì)算統(tǒng)計(jì)給出了單自由度體系反應(yīng)譜曲線，計(jì)算最大地震作用值，使計(jì)算大為度體系反應(yīng)譜曲線，計(jì)算最大地震作用值，使計(jì)算大為簡(jiǎn)化；簡(jiǎn)化；7動(dòng)力理論階段動(dòng)力理論階段 動(dòng)力法把地震作為一個(gè)時(shí)間過(guò)程，選擇動(dòng)力法把地震作為一個(gè)時(shí)間過(guò)程，選擇有代表性的地震加速度時(shí)程作為地震動(dòng)輸入，有代表性的地震加速度時(shí)程作為地震動(dòng)輸入，建筑物簡(jiǎn)化為多自由度體系，計(jì)算得到每一建筑物簡(jiǎn)化為多自由度體系，計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。工作。8動(dòng)力理論階段的主要進(jìn)展動(dòng)力理論階段的主要進(jìn)展？ （1 1）反應(yīng)譜法是最大值的包絡(luò)，而地震作用是一個(gè)）反應(yīng)譜法是最大值的

7、包絡(luò)，而地震作用是一個(gè)時(shí)間過(guò)程，時(shí)程分析可反映結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)隨時(shí)間變化的時(shí)間過(guò)程，時(shí)程分析可反映結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)隨時(shí)間變化的全過(guò)程；全過(guò)程； （2 2）時(shí)程分析可很好地反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)過(guò)程中剛度變）時(shí)程分析可很好地反映結(jié)構(gòu)振動(dòng)過(guò)程中剛度變化的真實(shí)情況及實(shí)際地震波全過(guò)程的作用；化的真實(shí)情況及實(shí)際地震波全過(guò)程的作用； （3 3）反應(yīng)譜法強(qiáng)度計(jì)算，有時(shí)不能找出結(jié)構(gòu)真正?。┓磻?yīng)譜法強(qiáng)度計(jì)算，有時(shí)不能找出結(jié)構(gòu)真正薄弱層弱層( (部位部位) )，而由彈塑性直接動(dòng)力分析則可確認(rèn)識(shí)別結(jié)，而由彈塑性直接動(dòng)力分析則可確認(rèn)識(shí)別結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)；構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)； （4 4）對(duì)于地震動(dòng)三要素）對(duì)于地震動(dòng)三要素幅值、頻譜和持續(xù)時(shí)間，幅

8、值、頻譜和持續(xù)時(shí)間，靜力法靜力法( (烈度法烈度法) )僅計(jì)及幅值，反應(yīng)譜法考慮了幅值和頻僅計(jì)及幅值，反應(yīng)譜法考慮了幅值和頻譜，而時(shí)程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時(shí)間三譜，而時(shí)程分析則全面考慮了幅值、頻譜和持續(xù)時(shí)間三要素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。要素對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。9靜力法的理論基礎(chǔ)靜力法的理論基礎(chǔ)剛體的地震反應(yīng)剛體的地震反應(yīng)10反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法的理論基礎(chǔ)反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法的理論基礎(chǔ)單自由度彈性體系的地震反應(yīng)單自由度彈性體系的地震反應(yīng)單自由度彈性體系的自由振動(dòng)單自由度彈性體系的自由振動(dòng) 單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動(dòng)單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動(dòng) 11單自由度彈性體系的自由振動(dòng)單自由度彈性體系的自由振動(dòng)

9、單自由體系系指體系單自由體系系指體系運(yùn)動(dòng)可由一點(diǎn)的單一方向運(yùn)動(dòng)可由一點(diǎn)的單一方向運(yùn)動(dòng)描述的結(jié)構(gòu)體系，是運(yùn)動(dòng)描述的結(jié)構(gòu)體系，是對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的最簡(jiǎn)單的抽對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的最簡(jiǎn)單的抽象；常用于解釋結(jié)構(gòu)振動(dòng)象；常用于解釋結(jié)構(gòu)振動(dòng)的基本概念，也可作為少的基本概念，也可作為少數(shù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)（如柱承數(shù)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)（如柱承式水塔等）的計(jì)算模型。式水塔等）的計(jì)算模型。彈性意指結(jié)構(gòu)受力后將產(chǎn)彈性意指結(jié)構(gòu)受力后將產(chǎn)生可恢復(fù)變形。生可恢復(fù)變形。自由振動(dòng)自由振動(dòng)是無(wú)外界動(dòng)荷載作用的結(jié)是無(wú)外界動(dòng)荷載作用的結(jié)構(gòu)體系的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。構(gòu)體系的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 121314單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動(dòng)單自由度彈性體系的強(qiáng)迫振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)是結(jié)構(gòu)體系在外強(qiáng)迫振動(dòng)是結(jié)構(gòu)體系在外界擾動(dòng)持續(xù)作用下的振動(dòng)。廣界擾動(dòng)持續(xù)作用下的振動(dòng)。廣義的外界擾力包括作用于體系義的外界擾力包括作用于體系動(dòng)荷載，也包括體系支承的往動(dòng)荷載，也包括體系支承的往復(fù)運(yùn)動(dòng)（如地震動(dòng)）。經(jīng)典的復(fù)運(yùn)動(dòng)（如地震動(dòng)）。經(jīng)典的強(qiáng)迫振動(dòng)理論研究彈性體系在強(qiáng)迫振動(dòng)理論研究彈性體系在簡(jiǎn)單荷載（如簡(jiǎn)諧擾力）作用簡(jiǎn)單荷載（如簡(jiǎn)諧擾力）作用下的運(yùn)動(dòng)性態(tài)，其振動(dòng)包括自下的運(yùn)動(dòng)性態(tài)，其振動(dòng)包括自由振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)振動(dòng)兩部分；前由振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)振動(dòng)兩部分；前者隨時(shí)間的延續(xù)而迅速衰減、者隨時(shí)間的延續(xù)而迅速衰減、故又稱為瞬態(tài)振動(dòng)；后者振動(dòng)故又稱為瞬態(tài)振動(dòng)；后者振動(dòng)頻率與擾力頻率相同，但振動(dòng)頻率與擾力頻率相同，但振動(dòng)